微波场对QED系统中的光场压缩和纠缠的影响

摘要

量子光学主要研究光的量子特性，以及光与物质的相互作用。光场的两个重要量子特性就是压缩和纠缠，而在光与物质相互作用的过程中有一个非常有趣的现象就是电磁诱导透明(EIT)。EIT现象是指在控制光场的作用下，探测光场不被多能级原子介质吸收的物理现象。压缩和纠缠光的制备和传输在量子计算和量子通讯中有非常重要的应用。腔量子电动力学(QED)体系因为能在很大程度上抑制体系与周围环境的消相干从而得到相干性较好的光而被广泛利用，品质因子低的量子腔由于其易输出的特性被用来制备和输出压缩（纠缠）光。这在量子纠缠（压缩）领域中有广泛应用。本论文主要研究双模纠缠光的制备以及单模压缩光经过EIT介质后压缩特性的变化。
　　第一章，简单介绍关于EIT以及纠缠和压缩的基本研究现状。
　　第二章，介绍光与物质相互作用的基本理论，包括半经典理论和全量子理论，详细阐述了光与物质相互作用的哈密顿量的得出过程。
　　第三章，介绍了关于腔QED的基本理论，主要是二能级J-C模型以及腔的输入—输出关系。
　　第四章，介绍了量子光场的两个重要非经典特性:纠缠和压缩。包括压缩和纠缠的的基本概念、单模压缩、双模压缩以及连续变量的纠缠。
　　第五章，研究了封闭三能级△型原子在经典相干场和微波场的驱动下与腔模的相互作用，计算了输出场的压缩（纠缠）谱。我们发现输出场的压缩谱（纠缠谱）的频谱宽度容易受腔衰变系数的影响，并可以通过调节有效耦合常数和微波场来控制。输出场压缩谱（纠缠谱）的最大压缩（纠缠）度的数值随微波场的增大而增大。当关闭微波场时，最大压缩（纠缠）度与腔的衰变系数无关。这些研究在光通信以及量子信息处理方面有积极意义。
　　第六章，研究了单模压缩光场通过EIT介质后的压缩性变化。这里的EIT介质是由微波场与人型原子的两个基态间耦合形成的。研究表明可以调控微波场来使输入光场的压缩性得到增强。这为实现可操控的量子通信提供了一定的理论价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究现状

1．3 本论文主要研究内容

第二章 光与原子的相互作用

2．1 光与原子相互作用的一般理论

2．1．1 光与原子相互作用的半经典理论

2．1．2 光与物质相互作用的全量子理论

2．2 量子探测场在EIT介质中的传输

第三章 腔QED的基本理论简介

3．1 Jaynes-Cummings模型

3．1．1 共振Jaynes-Cummings模型

3．1．2 有效哈密顿量

3．2 腔输入—输出关系

3．2．1 一束输入光场与腔相互作用的输入输出理论

3．2．2 两束输入光场与量子腔相互作用的输入输出理论

第四章 压缩与纠缠的基本理论简介

4．1 压缩性

4．1．1 压缩态

4．1．2 单模光场的压缩性

4．1．3 单模压缩真空态

4．2 量子纠缠

4．2．1 量子纠缠的定义

4．2．2 连续变量的纠缠

4．2．3 双模连续变量纠缠判据

第五章 腔QED制备EPR纠缠光

5．1 引言

5．2 物理模型

5．3 讨论

5．4 小结

第六章 压缩光在EIT介质中的传输特性

6．1 引言

6．2 物理模型

6．3 微波场诱导下的EIT

6．3 微波场对压缩谱的相干调控

6．4 小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

在校期间的科研成果